铝合金在水环境中的腐蚀防护是十分重要的课题。合金的成分设计能够提高合金的某些性能,但同时也会使合金的耐蚀性降低进而缩短其服役时间。有机涂层是常用的保护金属基材的一种方式,通过阻隔金属与腐蚀性介质来达到金属防腐的目的。有机涂层并不能完全阻隔电解质溶液的渗透,不能完全地阻隔金属基材与腐蚀介质的接触。有机涂层还易受到物理损伤,这种损伤会使溶液与金属基材暴露在电解质溶液中。在涂层基体中植入防腐填料是十分重要的,因为其能够及时阻止腐蚀的发生。为了实现对2024-T3铝合金的主动防腐。首先,我们选择了一种有机缓蚀剂,3-氨基-1,2,4-三唑-5-硫醇(ATAT)作为2024-T3铝合金的缓蚀剂。通过实验证明这种缓蚀剂具备较高的缓蚀效率后,将其负载到介孔二氧化硅微球中,然后在二氧化硅表面包覆壳聚糖和聚苯乙烯磺酸盐聚电解质。通过热重分析和红外光谱验证了缓蚀剂的成功包覆,并且采用紫外可见分光光度法证明了缓蚀剂在酸性和碱性条件下的释放。然后,将这种微容器植入到用于保护2024-T3铝合金的环氧涂料配方中,涂层厚度约为60 μm。使用电化学阻抗技术评价了在0.1 MNaCl溶液中浸泡49天内涂层对铝合金基材的保护作用。在有机涂层表面有人工钻孔的情况下,使用扫描振动电极技术监测了其在0.05 M NaCl溶液中反应10天的表面电流密度的变化。研究表明,涂层中加入负载有ATAT的微容器成功地保护了2024-T3铝合金。界面处的水决定了腐蚀反应、耐蚀行为、钝化膜的形成以及涂层的剥落。为了研究水分子这一特定环境下的行为,使用原子模拟法对其进行相关分析。本文采用三种新发展的ReaxFF力场反映有机相、无机相和无机/有机相互作用的物理性质。计算了三种不同的交联环氧分子DGEBA/IPDA、DGEBA/DETDA、DGEBA/T403的结构和密度并与文献中报道的实验数值进行了比较。再现了水的结构、密度和扩散常数,并与报道的实验值进行了比较。模拟了 Al(Ⅲ)离子的水化壳和三水铝石结构,并与报道的实验值进行了比较。模拟了环氧树脂与水合氧化铝基体的相互作用能,并与文献计算结果进行了比较。最后,对铝与水的反应进行了模拟,并与报道的实验结果进行了比较。结果表明,在所有情况下,一个力场都能精确模拟所有有机相、无机相以及有机相与无机相的相互作用采用选定的精确力场模拟了羟基氧化铝基体与环氧涂层界面处的水分子。模拟了构型为70、140、210的三种水分子。模拟了水分子的动力学、结构和能量性质,并与文献报道的体相水的性质进行了比较。结果表明,随着界面含水量的减少,水的动力学和能量性质受到的影响最大,但水分子的结构性质在数值上与体相水基本相同。研究发现,水分子更倾向于聚集在距离氧化铝界面处的3-5A位置处。结果还表明,当水分子被限制在界面上时,它们会失去氢键。当水分子从一个较大的间隙跃迁到一个较小的间隙时,失去的氢键可以得到补偿,从而导致更多的水分子进入较小的间隙,并导致涂层的剥离。除了有机涂层/氧化铝的界面外,水分子还可以积聚在涂层中添加的颗粒和颜料的界面上。二氧化硅纳米颗粒是常用的填料,它拥有较大的表面密度,可以成为涂层基质内水的优先聚集位置。界面处的水会增加涂层的吸水率,降低涂层的阻隔性能。实验部分表明了颜料的加入降低了涂层的阻隔性能,但其机理尚不清楚。我们使用原子模拟来研究未经处理的二氧化硅增加涂层吸水率的机制。我们使用一种精确的力场模拟了 DGEBA/IPDA、DGEBA/DETDA、DGEBA/T403三种不同环氧涂层中未经处理的二氧化硅纳米颗粒。水分子以均匀分布和局部添加的方式加入到体系中。研究了纳米二氧化硅颗粒与环氧树脂基质界面水分子的存在。为了观察环氧树脂基体的变化,我们采用探针的概念,通过跟踪探针加入量的变化,揭示了环氧树脂基质的结构变化。模拟结果表明,未经处理的二氧化硅纳米颗粒与其周围的环氧树脂基质不相容,因此是一个有利于水聚积的位置。但是用γ—缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对二氧化硅纳米粒子进行表面处理,减少了界面水的含量,改变了环氧树脂基质的结构。模拟结果表明,二氧化硅纳米颗粒的表面处理可以通过产生更多的自由体积来填充水,从而改变环氧树脂的结构。因此,水分子将进入生成的自由体积中,而不是二氧化硅纳米颗粒的界面,从而降低涂层的整体吸收。实验结果与计算结果对比表明,涂层/基体和涂层/颜料的微观结构和界面特性决定了涂层的性能。在颜料界面上形成的路径或积水点会影响涂层的阻隔性能。具有低阻隔性能的涂层不能有效地将基材与水和腐蚀性物质隔离开来。因此,水分子到达基材将增加腐蚀反应和涂层剥离的速率。